JP2025158084A - Resist composition and pattern forming method - Google Patents
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Abstract
【課題】高エネルギー線を用いるフォトリソグラフィーにおいて、感度及び解像性に優れる非化学増幅レジスト組成物、並びに該レジスト組成物を用いるパターン形成方法を提供する。
【解決手段】下記式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物、カルボキシ基含有ポリマー及び溶剤を含むレジスト組成物。
【選択図】なし
The present invention provides a non-chemically amplified resist composition that exhibits excellent sensitivity and resolution in photolithography using high-energy rays, and a pattern formation method that uses the resist composition.
The resist composition includes a hypervalent iodine compound represented by the following formula (1), a carboxy group-containing polymer, and a solvent.
[Selection diagram] None
Description
本発明は、レジスト組成物及びパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a resist composition and a pattern formation method.
IoT市場の拡大とともにLSIの高集積化、高速度化及び低消費電力化が更に要求され、パターンルールの微細化が急速に進んでいる。特に、ロジックデバイスが微細化を牽引している。最先端の微細化技術として、ArF液浸リソグラフィーのダブルパターニング、トリプルパターニング及びクアドロパターニングによる10nmノードのデバイスの量産が行われており、さらに次世代の波長13.5nmの極端紫外線(EUV)リソグラフィーによる7nmノードデバイスの検討が進められている。 As the IoT market expands, there is a growing demand for higher integration, higher speeds, and lower power consumption in LSIs, leading to rapid progress in miniaturization of pattern rules. Logic devices, in particular, are driving this miniaturization. The most cutting-edge miniaturization technology is ArF immersion lithography, with double patterning, triple patterning, and quadruple patterning being used to mass-produce 10nm-node devices, and studies are also underway to develop 7nm-node devices using next-generation extreme ultraviolet (EUV) lithography with a wavelength of 13.5nm.
微細化の進行とともに、酸の拡散による像のボケが問題になっている(非特許文献1)。加工寸法45nm以降の微細パターンでの解像性を確保するためには、従来提案されている溶解コントラストの向上だけでなく、酸拡散の制御が重要であることが提案されている(非特許文献2)。しかしながら、化学増幅レジスト組成物は、酸の拡散によって感度とコントラストを上げているため、ポストエクスポージャベーク(PEB)温度を低くしたり、PEB時間を短くしたりして酸拡散を極限まで抑えようとすると、感度やコントラストが著しく低下する。 As miniaturization progresses, image blurring due to acid diffusion has become a problem (Non-Patent Document 1). It has been suggested that in order to ensure resolution in fine patterns with processing dimensions of 45 nm and below, it is important to control acid diffusion in addition to improving dissolution contrast, as has been proposed previously (Non-Patent Document 2). However, because chemically amplified resist compositions increase sensitivity and contrast through acid diffusion, attempts to minimize acid diffusion by lowering the post-exposure bake (PEB) temperature or shortening the PEB time result in significant decreases in sensitivity and contrast.
バルキーな酸が発生する酸発生剤を添加して酸拡散を抑えることは有効である。そこで、ポリマーに重合性オレフィンを有するオニウム塩の酸発生剤を共重合することが提案されている。しかし、加工寸法16nm以降のレジスト膜のパターン形成においては、酸拡散の観点から化学増幅レジスト組成物ではパターン形成ができないと考えられており、非化学増幅レジスト組成物の開発が望まれている。 Suppressing acid diffusion by adding an acid generator that generates bulky acid is effective. Therefore, copolymerizing an onium salt acid generator with a polymerizable olefin into a polymer has been proposed. However, when forming patterns on resist films with feature sizes of 16 nm or smaller, it is believed that chemically amplified resist compositions cannot be used to form patterns due to acid diffusion, and the development of non-chemically amplified resist compositions is desired.
非化学増幅レジスト組成物用の材料として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)が挙げられる。PMMAは、EUV照射によって主鎖が切断し、分子量が低下することによって有機溶剤の現像液への溶解性が向上するポジ型レジスト材料である。 An example of a material for non-chemically amplified resist compositions is polymethyl methacrylate (PMMA). PMMA is a positive resist material whose main chain is scissed by EUV irradiation, reducing its molecular weight and improving its solubility in organic solvent developers.
ハイドロゲンシルセスキオキサン(HSQ)は、EUV照射によって生じたシラノールの縮合反応による架橋によってアルカリ現像液に不溶となるネガ型レジスト材料である。また、塩素置換したカリックスアレーンもネガ型レジスト材料として機能する。これらのネガ型レジスト材料は、架橋前の分子サイズが小さく酸拡散によるボケが無いため、エッジラフネスが小さく解像性が非常に高く、露光装置の解像限界を示すためのパターン転写材料として用いられている。しかしながら、これらの材料は感度が不十分であり、更なる改善が必要である。 Hydrogen silsesquioxane (HSQ) is a negative resist material that becomes insoluble in alkaline developers due to crosslinking caused by a condensation reaction of silanols generated by EUV irradiation. Chlorine-substituted calixarenes also function as negative resist materials. These negative resist materials have small molecular size before crosslinking and are free of blurring due to acid diffusion, resulting in low edge roughness and extremely high resolution, and are used as pattern transfer materials to indicate the resolution limit of exposure equipment. However, these materials have insufficient sensitivity and require further improvement.
EUVリソグラフィー向け材料開発を困難にさせる要因として、EUV露光におけるフォトン数の少なさが挙げられる。EUVのエネルギーはArFエキシマレーザー光に比べて遙かに高く、EUV露光のフォトン数は、ArF露光のそれの14分の1である。さらに、EUV露光で形成するパターンの寸法は、ArF露光の半分以下である。このため、EUV露光はフォトン数のバラツキの影響を受けやすい。極短波長の放射光領域におけるフォトン数のバラツキは物理現象のショットノイズであり、この影響を無くすることはできない。そのため、いわゆる確率論(Stochastics)が注目されている。ショットノイズの影響を無くすることはできないが、いかにこの影響を低減するかが議論されている。ショットノイズの影響で寸法均一性(CDU)やラインウィズスラフネス(LWR)が大きくなるだけでなく、数百万分の一の確率でホールが閉塞する現象が観察されている。ホールが閉塞すると電通不良となってトランジスタが動作しないので、デバイス全体のパフォーマンスに悪影響を及ぼす。実用的な感度を考慮した場合、PMMAやHSQを主成分としたレジスト組成物では、Stochasticsの影響を大きく受け、所望の解像性能を得ることはできていない。 One of the challenges in developing materials for EUV lithography is the low photon count in EUV exposure. EUV energy is much higher than that of ArF excimer laser light, and the photon count in EUV exposure is one-fourteenth that of ArF exposure. Furthermore, the dimensions of patterns formed with EUV exposure are less than half those of ArF exposure. This makes EUV exposure susceptible to variations in photon count. Variations in photon count in the extremely short-wavelength radiation region are a physical phenomenon known as shot noise, and their effects cannot be eliminated. For this reason, so-called stochastics has attracted attention. While the effects of shot noise cannot be eliminated, methods for reducing them are being discussed. Shot noise not only increases dimensional uniformity (CDU) and line-width roughness (LWR), but also has been observed to cause hole blockage with a probability of one in several million. When holes become blocked, electrical conductivity is poor and the transistor does not function, adversely affecting the performance of the entire device. When considering practical sensitivity, resist compositions based on PMMA or HSQ are significantly affected by stochastics and are unable to achieve the desired resolution performance.
ショットノイズの影響をレジスト側で低減する方法として、EUV光の吸収が大きい元素の導入が注目されている。特許文献1には、EUV光の吸収が大きいヨウ素原子を含む化学増幅レジスト組成物が提案されている。しかし、前述したとおり、化学増幅レジスト組成物では、今後ますます加工寸法が微細化されるEUVリソグラフィーにおいて優れた解像性能を実現できない。 As a method for reducing the effects of shot noise on the resist side, the introduction of elements that highly absorb EUV light has attracted attention. Patent Document 1 proposes a chemically amplified resist composition containing iodine atoms that highly absorb EUV light. However, as mentioned above, chemically amplified resist compositions cannot achieve excellent resolution performance in EUV lithography, where processing dimensions will become increasingly finer in the future.
特許文献2には、スズ化合物を用いたネガ型レジスト組成物が提案されている。これは、EUV光の吸収が大きいスズ元素を主成分としているため、Stochasticsが改善され、高感度・高解像性を実現できる。しかし、いわゆるこのようなメタルレジストは、レジスト用溶剤に対する溶解性不足、保存安定性、エッチング後残渣による欠陥等多くの課題を抱えている。 Patent Document 2 proposes a negative resist composition that uses a tin compound. Because this composition contains tin, which has high absorption of EUV light, as its main component, it improves stochastics and achieves high sensitivity and high resolution. However, this type of metal resist has many issues, including insufficient solubility in resist solvents, storage stability, and defects caused by post-etching residue.
これに対し、特許文献3には、超原子価ヨウ素化合物を用いたポジ型レジスト組成物が提案されている。これは、EUV光の吸収が大きいヨウ素元素を含有するため、メタルレジストと同様にStochasticsが改善され、高感度・高解像性が実現できる。さらに、有機分子のみから構成されているため、メタルレジストの課題である現像液溶解性や残渣による欠陥を改善することができる。しかしながら、レジスト材料としての性能は未だ満足のいくものではなく、更なる微細パターン形成に有用なレジスト材料の開発が求められている。 In response to this, Patent Document 3 proposes a positive resist composition that uses a hypervalent iodine compound. Because this composition contains iodine, which has high absorption of EUV light, it has improved stochastics, similar to metal resists, and can achieve high sensitivity and high resolution. Furthermore, because it is composed solely of organic molecules, it can address issues with metal resists, such as developer solubility and defects caused by residues. However, its performance as a resist material is still unsatisfactory, and there is a need for the development of resist materials that are useful for forming even finer patterns.
本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、高エネルギー線を用いるフォトリソグラフィー、特に電子線(EB)リソグラフィー及びEUVリソグラフィーにおいて、感度及び解像性に優れるレジスト組成物、並びに該レジスト組成物を用いるパターン形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a resist composition that exhibits excellent sensitivity and resolution in photolithography using high-energy beams, particularly electron beam (EB) lithography and EUV lithography, as well as a pattern formation method using the resist composition.
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、所定のカルボキシレート配位子を有する超原子価ヨウ素化合物及びカルボキシ基含有ポリマーを主成分とするレジスト組成物が、極めて高感度であり、優れた解像力を示すレジスト膜を与え、精密な微細加工に極めて有効であることを知見し、本発明をなすに至った。 As a result of extensive research into achieving the above-mentioned objectives, the inventors discovered that a resist composition primarily composed of a hypervalent iodine compound having a specific carboxylate ligand and a carboxy group-containing polymer produces a resist film that exhibits extremely high sensitivity and excellent resolution, and is extremely effective for precise microfabrication, leading to the creation of the present invention.
すなわち、本発明は、下記レジスト組成物及びパターン形成方法を提供する。
1.下記式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物、カルボキシ基含有ポリマー及び溶剤を含むレジスト組成物。
R1は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビル基である。
R2は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。nが2以上のとき、各R2は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。また、複数のR2が、互いに結合してこれらが結合する芳香環の炭素原子と共に環を形成してもよい。
R3は、カルボニル基、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビレン基である。
*1及び*2は、式中の芳香環の炭素原子との結合手を表す。ただし、*1と*2は芳香環の隣接した炭素原子に結合している。)
2.前記カルボキシ基含有ポリマーが、下記式(2)で表される繰り返し単位を含むものである1のレジスト組成物。
XAは、単結合、フェニレン基、ナフチレン基又は*-C(=O)-O-XA1-である。XA1は、炭素数1~10の飽和ヒドロカルビレン基、フェニレン基又はナフチレン基であり、該飽和ヒドロカルビレン基は、ヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1つを含んでいてもよい。*は、主鎖の炭素原子との結合手を表す。)
3.更に、下記式(3)で表される超原子価ヨウ素化合物を含む1又は2のレジスト組成物。
R11及びR12は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビル基である。また、R11及びR12が、互いに結合してこれらが結合する炭素原子及び該炭素原子間の原子と共に環を形成してもよい。
R13は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。kが2、3、4又は5のとき、各R13は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。また、複数のR13が、互いに結合してこれらが結合する芳香環の炭素原子と共に環を形成してもよい。)
4.基板と、該基板上に1~3のいずれかのレジスト組成物から得られるレジスト膜とを備える積層体。
5.前記基板と前記レジスト膜との間にレジスト下層膜を備える4の積層体。
6.1~3のいずれかのレジスト組成物を用いて、基板上に、又は下層膜を積層した基板の該下層膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成方法。
7.前記高エネルギー線が、電子線又は極端紫外線である6のパターン形成方法。
8.前記現像液が、露光部を溶解し、未露光部を溶解しないものである6又は7のパターン形成方法。
9.前記現像液が、未露光部を溶解し、露光部を溶解しないものである6又は7のパターン形成方法。
10.基板と、該基板上にレジスト膜とを備える積層体であって、前記レジスト膜が下記式(4)で表される繰り返し単位を含むポリマーを含むものである積層体。
R2は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。nが2以上のとき、各R2は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。また、複数のR2が、互いに結合してこれらが結合する芳香環の炭素原子と共に環を形成してもよい。
R3は、カルボニル基、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビレン基である。
*1及び*2は、式中の芳香環の炭素原子との結合手を表す。ただし、*1と*2は芳香環の隣接した炭素原子に結合している。
RAは、水素原子、ハロゲン原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
XAは、単結合、フェニレン基、ナフチレン基又は*-C(=O)-O-XA1-である。XA1は、炭素数1~10の飽和ヒドロカルビレン基、フェニレン基又はナフチレン基であり、該飽和ヒドロカルビレン基は、ヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1つを含んでいてもよい。*は、主鎖の炭素原子との結合手を表す。)
11.前記基板と前記レジスト膜との間にレジスト下層膜を備える10の積層体。
12.10又は11のいずれかの積層体のレジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成方法。
13.前記高エネルギー線が、電子線又は極端紫外線である12のパターン形成方法。
14.前記現像液が、露光部を溶解し、未露光部を溶解しないものである12又は13のパターン形成方法。
15.前記現像液が、未露光部を溶解し、露光部を溶解しないものである12又は13のパターン形成方法。
That is, the present invention provides the following resist composition and pattern forming method.
1. A resist composition comprising a hypervalent iodine compound represented by the following formula (1), a carboxy group-containing polymer, and a solvent:
R 1 is a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom.
R2 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a halogen atom or a heteroatom. When n is 2 or greater, each R2 may be the same as or different from another R2. Furthermore, multiple R2s may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms of the aromatic ring to which they are bonded.
R 3 is a carbonyl group or a hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom.
*1 and *2 represent bonds to carbon atoms of the aromatic ring in the formula. However, *1 and *2 are bonded to adjacent carbon atoms of the aromatic ring.)
2. The resist composition of 1, wherein the carboxy group-containing polymer contains a repeating unit represented by the following formula (2):
X A is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or *-C(═O)-O-X A1 -. X A1 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms, a phenylene group, or a naphthylene group, and the saturated hydrocarbylene group may contain at least one bond selected from a hydroxy group, an ether bond, an ester bond, and a lactone ring. * represents a bond to a carbon atom of the main chain.
3. The resist composition of 1 or 2, further comprising a hypervalent iodine compound represented by the following formula (3):
R 11 and R 12 are each independently a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom. R 11 and R 12 may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms to which they are bonded and the atoms between said carbon atoms.
R 13 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a halogen atom or a heteroatom. When k is 2, 3, 4, or 5, each R 13 may be the same as or different from another R 13. Furthermore, multiple R 13s may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms of the aromatic ring to which they are bonded.
4. A laminate comprising a substrate and a resist film formed on the substrate from a resist composition according to any one of 1 to 3.
5. The laminate of 4, further comprising a resist underlayer film between the substrate and the resist film.
6. A pattern forming method comprising the steps of: forming a resist film on a substrate, or on an underlayer film of a substrate laminated with an underlayer film, using the resist composition of any one of 1 to 3; exposing the resist film to high-energy rays; and developing the exposed resist film using a developer.
7. The pattern formation method according to 6, wherein the high-energy beam is an electron beam or extreme ultraviolet light.
8. The pattern forming method according to 6 or 7, wherein the developer dissolves exposed areas but does not dissolve unexposed areas.
9. The pattern forming method according to 6 or 7, wherein the developer dissolves the unexposed areas but does not dissolve the exposed areas.
10. A laminate comprising a substrate and a resist film on the substrate, wherein the resist film contains a polymer containing a repeating unit represented by the following formula (4):
R2 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a halogen atom or a heteroatom. When n is 2 or greater, each R2 may be the same as or different from another R2. Furthermore, multiple R2s may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms of the aromatic ring to which they are bonded.
R 3 is a carbonyl group or a hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom.
*1 and *2 represent bonds to carbon atoms of the aromatic ring in the formula, provided that *1 and *2 are bonded to adjacent carbon atoms of the aromatic ring.
R A is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group.
X A is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or *-C(═O)-O-X A1 -. X A1 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms, a phenylene group, or a naphthylene group, and the saturated hydrocarbylene group may contain at least one bond selected from a hydroxy group, an ether bond, an ester bond, and a lactone ring. * represents a bond to a carbon atom of the main chain.
11. The laminate of 10, comprising a resist underlayer film between the substrate and the resist film.
12. A pattern forming method comprising the steps of exposing a resist film of the laminate of either 10 or 11 to high-energy rays, and developing the exposed resist film using a developer.
13. The pattern formation method according to 12, wherein the high-energy beam is an electron beam or extreme ultraviolet light.
14. The pattern forming method according to 12 or 13, wherein the developer dissolves exposed areas but does not dissolve unexposed areas.
15. The pattern forming method according to 12 or 13, wherein the developer dissolves the unexposed areas but does not dissolve the exposed areas.
本発明のレジスト組成物は、特にEBリソグラフィー及びEUVリソグラフィーにおいて、高感度及び高解像性を両立し、微細パターンを形成するにあたり極めて有用である。 The resist composition of the present invention combines high sensitivity and high resolution, making it extremely useful for forming fine patterns, particularly in EB lithography and EUV lithography.
[レジスト組成物]
本発明のレジスト組成物は、所定のカルボキシレート配位子を有する超原子価ヨウ素化合物、カルボキシ基含有ポリマー及び溶剤を含むものである。
[Resist Composition]
The resist composition of the present invention comprises a hypervalent iodine compound having a specific carboxylate ligand, a carboxy group-containing polymer, and a solvent.
[超原子価ヨウ素化合物]
前記超原子価ヨウ素化合物は、下記式(1)で表される三配位超原子価ヨウ素化合物である。
The hypervalent iodine compound is a three-coordinate hypervalent iodine compound represented by the following formula (1).
式(1)中、mは、0又は1である。nは、mが0のときは0~4の整数であり、mが1のときは0~6の整数である。nは、0、1、2、3又は4であることが好ましく、0、1、2又は3であることがより好ましく、0、1又は2であること更に好ましく、0又は1であること最も好ましい。 In formula (1), m is 0 or 1. When m is 0, n is an integer from 0 to 4, and when m is 1, n is an integer from 0 to 6. n is preferably 0, 1, 2, 3, or 4, more preferably 0, 1, 2, or 3, even more preferably 0, 1, or 2, and most preferably 0 or 1.
式(1)中、R1は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビル基である。前記ハロゲン原子の具体例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。前記炭素数1~10のヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、tert-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、n-デシル基等の炭素数1~10のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、ノルボルニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、アダマンチル基等の炭素数3~10の環式飽和ヒドロカルビル基;ビニル基、アリル基等の炭素数2~10のアルケニル基;フェニル基、ナフチル基等の炭素数6~10のアリール基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。また、前記ヒドロカルビル基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン原子、カルボニル基、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、カーバメート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物(-C(=O)-O-C(=O)-)等を含んでいてもよい。R1としては、炭素数1~4のヒドロカルビル基又は炭素数1~4のフッ素化ヒドロカルビル基が好ましく、炭素数1~4のヒドロカルビル基がより好ましい。 In formula (1), R1 is a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom. Specific examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. The hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, tert-pentyl, n-hexyl, n-octyl, 2-ethylhexyl, n-nonyl, and n-decyl; cyclic saturated hydrocarbyl groups having 3 to 10 carbon atoms, such as cyclopentyl, cyclohexyl, cyclopentylmethyl, cyclopentylethyl, cyclopentylbutyl, cyclohexylmethyl, cyclohexylethyl, cyclohexylbutyl, norbornyl, tricyclo[5.2.1.0 2,6 ]decanyl, and adamantyl; alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, such as vinyl and allyl; aryl groups having 6 to 10 carbon atoms, such as phenyl and naphthyl; and groups obtained by combining these. In addition, some or all of the hydrogen atoms in the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom or a halogen atom, and some of the -CH2- groups in the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, resulting in the hydrocarbyl group containing a hydroxy group, a cyano group, a halogen atom, a carbonyl group, an ether bond, a thioether bond, an ester bond, a sulfonate ester bond, a carbonate bond, a carbamate bond, a lactone ring, a sultone ring, a carboxylic acid anhydride (-C(=O)-O-C(=O)-), etc. R1 is preferably a hydrocarbyl group having 1 to 4 carbon atoms or a fluorinated hydrocarbyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a hydrocarbyl group having 1 to 4 carbon atoms.
式(1)中、R2は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。前記ハロゲン原子の具体例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。前記炭素数1~40のヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、tert-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、n-デシル基等の炭素数1~40のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、ノルボルニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、アダマンチル基、アダマンチルメチル基等の炭素数3~40の環式飽和ヒドロカルビル基;フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等の炭素数6~40のアリール基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。また、前記ヒドロカルビル基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン原子、カルボニル基、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、カーバメート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物(-C(=O)-O-C(=O)-)等を含んでいてもよい。nが2以上のとき、各R2は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。また、複数のR2が、互いに結合してこれらが結合する芳香環の炭素原子と共に環を形成してもよい。 In formula (1), R2 is a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a heteroatom. Specific examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. The hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include alkyl groups having 1 to 40 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, tert-pentyl, n-hexyl, n-octyl, 2-ethylhexyl, n-nonyl, and n-decyl; cyclic saturated hydrocarbyl groups having 3 to 40 carbon atoms, such as cyclopentyl, cyclohexyl, cyclopentylmethyl, cyclopentylethyl, cyclopentylbutyl, cyclohexylmethyl, cyclohexylethyl, cyclohexylbutyl, norbornyl, tricyclo[5.2.1.0 2,6 ]decanyl, adamantyl, and adamantylmethyl; aryl groups having 6 to 40 carbon atoms, such as phenyl, naphthyl, and anthracenyl; and groups obtained by combining these. In addition, some or all of the hydrogen atoms in the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom or a halogen atom, or some of the —CH 2 — groups in the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, resulting in the hydrocarbyl group containing a hydroxy group, a cyano group, a halogen atom, a carbonyl group, an ether bond, a thioether bond, an ester bond, a sulfonate ester bond, a carbonate bond, a carbamate bond, a lactone ring, a sultone ring or a carboxylic acid anhydride (—C(═O)—O—C(═O)—). When n is 2 or greater, each R 2 may be the same or different. In addition, multiple R 2s may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms of the aromatic ring to which they are bonded.
式(1)中、R3は、カルボニル基、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビレン基である。前記炭素数1~10のヒドロカルビレン基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メタンジイル基、エタン-1,1-ジイル基、エタン-1,2-ジイル基、プロパン-1,1-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、プロパン-1,3-ジイル基、プロパン-2,2-ジイル基、ブタン-2,3-ジイル基、ブタン-1,4-ジイル基、2-メチルプロパン-1,2-ジイル基、ペンタン-1,5-ジイル基、ヘキサン-1,6-ジイル基、ヘプタン-1,7-ジイル基、オクタン-1,8-ジイル基、ノナン-1,9-ジイル基、デカン-1,10-ジイル基等の炭素数1~10のアルカンジイル基;シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンジイル基等の炭素数3~10の環式飽和ヒドロカルビレン基;ビニレン基、プロペニレン基等の炭素数2~10のアルケンジイル基;フェニレン基、メチルフェニレン基、エチルフェニレン基、n-プロピルフェニレン基、イソプロピルフェニレン基、n-ブチルフェニレン基、ナフチレン基等の炭素数6~10のアリーレン基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。また、前記ヒドロカルビレン基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビレン基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、カルボニル基、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、カーバメート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物(-C(=O)-O-C(=O)-)等を含んでいてもよい。R3としては、カルボニル基、炭素数1~4のヒドロカルビレン基又は炭素数1~4のフッ素化ヒドロカルビレン基が好ましい。 In formula (1), R3 is a carbonyl group or a hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom. The hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include alkanediyl groups having 1 to 10 carbon atoms, such as methanediyl group, ethane-1,1-diyl group, ethane-1,2-diyl group, propane-1,1-diyl group, propane-1,2-diyl group, propane-1,3-diyl group, propane-2,2-diyl group, butane-2,3-diyl group, butane-1,4-diyl group, 2-methylpropane-1,2-diyl group, pentane-1,5-diyl group, hexane-1,6-diyl group, heptane-1,7-diyl group, octane-1,8-diyl group, nonane-1,9-diyl group, and decane-1,10-diyl group; cyclopentanediyl group, cyclohexanediyl group, norbornanediyl group, adamantanediyl group, and tricyclo[5.2.1.0 2,6 ] cyclic saturated hydrocarbylene groups having 3 to 10 carbon atoms, such as a decanediyl group; alkenediyl groups having 2 to 10 carbon atoms, such as a vinylene group or a propenylene group; arylene groups having 6 to 10 carbon atoms, such as a phenylene group, a methylphenylene group, an ethylphenylene group, an n-propylphenylene group, an isopropylphenylene group, an n-butylphenylene group or a naphthylene group; and groups obtained by combining these. In addition, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbylene group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom or a halogen atom, and some of the -CH2- groups of the hydrocarbylene group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, resulting in the hydrocarbylene group containing a hydroxy group, a cyano group, a halogenated alkyl group, a halogen atom, a carbonyl group, an ether bond, a thioether bond, an ester bond, a sulfonate ester bond, a carbonate bond, a carbamate bond, a lactone ring, a sultone ring, a carboxylic acid anhydride (-C(=O)-O-C(=O)-), etc. R3 is preferably a carbonyl group, a hydrocarbylene group having 1 to 4 carbon atoms or a fluorinated hydrocarbylene group having 1 to 4 carbon atoms.
式(1)中、*1及び*2は、式中の芳香環の炭素原子との結合手を表す。ただし、*1と*2は芳香環の隣接した炭素原子に結合している。このような*1、*2及びmの組み合わせは、以下に示す4通りのパターンが考えられる。
式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物の具体例としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Meはメチル基である。
[カルボキシ基含有ポリマー]
前記カルボキシ基含有ポリマーは、カルボキシ基含有繰り返し単位を含むものが好ましい。前記カルボキシ基含有繰り返し単位としては、下記式(2)で表されるものが好ましい。
The carboxyl group-containing polymer preferably contains a carboxyl group-containing repeating unit, which is preferably represented by the following formula (2):
式(2)中、RAは、水素原子、ハロゲン原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。XAは、単結合、フェニレン基、ナフチレン基又は*-C(=O)-O-XA1-である。XA1は、炭素数1~10の飽和ヒドロカルビレン基、フェニレン基又はナフチレン基であり、該飽和ヒドロカルビレン基は、ヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1つを含んでいてもよい。*は、主鎖の炭素原子との結合手を表す。 In formula (2), R A represents a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. X A represents a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or *-C(═O)-O-X A1 -. X A1 represents a saturated hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms, a phenylene group, or a naphthylene group, and the saturated hydrocarbylene group may contain at least one bond selected from a hydroxy group, an ether bond, an ester bond, and a lactone ring. * represents a bond to a carbon atom in the main chain.
前記カルボキシ基含有繰り返し単位の具体例としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。
前記カルボキシ基含有ポリマーは、更に前記カルボキシ基含有繰り返し単位以外の繰り返し単位(以下、その他の繰り返し単位ともいう。)を含んでもよい。前記その他の繰り返し単位としては、特に限定されないが、カルボキシ基を有する繰り返し単位だけでは溶剤に難溶であるポリマーの溶剤への溶解性を向上し得るものが好ましい。このような繰り返し単位としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、スルホン酸基、アミノ基、イソシアネート基、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、スルフィド結合、カーボネート結合、ラクトン環及びスルトン環から選ばれる少なくとも1つを含んでいてもよい炭素数1~20のヒドロカルビル基を有する繰り返し単位が好ましい。 The carboxy group-containing polymer may further contain repeating units other than the carboxy group-containing repeating units (hereinafter also referred to as "other repeating units"). The other repeating units are not particularly limited, but are preferably those that can improve the solubility in solvents of polymers that are poorly soluble in solvents with only carboxy group-containing repeating units. Such repeating units are preferably repeating units having a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms and optionally containing at least one selected from a halogen atom, a hydroxy group, a cyano group, a carbonyl group, a nitro group, a sulfonic acid group, an amino group, an isocyanate group, an amide bond, an imide bond, an ester bond, an ether bond, a sulfide bond, a carbonate bond, a lactone ring, and a sultone ring.
前記その他の繰り返し単位の具体例としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じであり、XBは、それぞれ独立に、-CH2-又は-O-である。
前記カルボキシ基含有ポリマーにおいて、カルボキシ基含有繰り返し単位及びその他の繰り返し単位の含有比(モル比)は、カルボキシ基含有繰り返し単位:その他の繰り返し単位=10:90~90:10が好ましく、15:85~85:15がより好ましく、20:80~80:20が更に好ましい。 In the carboxy group-containing polymer, the molar ratio of the carboxy group-containing repeating units to the other repeating units is preferably 10:90 to 90:10, more preferably 15:85 to 85:15, and even more preferably 20:80 to 80:20.
前記カルボキシ基含有ポリマーの重量平均分子量(Mw)は、1000~500000が好ましく、3000~100000がより好ましい。なお、本発明においてMwは、テトラヒドロフラン(THF)を溶剤として用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算測定値である。 The weight-average molecular weight (Mw) of the carboxyl group-containing polymer is preferably 1,000 to 500,000, and more preferably 3,000 to 100,000. In the present invention, Mw is a polystyrene-equivalent measurement value obtained by gel permeation chromatography (GPC) using tetrahydrofuran (THF) as a solvent.
また、前記カルボキシ基含有ポリマーにおいて分子量分布(Mw/Mn)が広い場合は、低分子量や高分子量のポリマーが存在するため、露光後、パターン上に異物が見られたり、パターンの形状が悪化したりするおそれがある。それゆえ、パターンルールが微細化するに従ってMwやMw/Mnの影響が大きくなりやすいことから、微細なパターン寸法に好適に用いられるレジスト組成物を得るには、前記カルボキシ基含有ポリマーのMw/Mnは、1.0~2.0と狭分散であることが好ましい。 Furthermore, if the carboxyl group-containing polymer has a broad molecular weight distribution (Mw/Mn), the presence of low-molecular-weight and high-molecular-weight polymers may result in foreign matter appearing on the pattern after exposure, or the pattern shape may be degraded. Therefore, as the effects of Mw and Mw/Mn tend to become greater as pattern rules become finer, in order to obtain a resist composition that is suitable for use with fine pattern dimensions, it is preferable that the carboxyl group-containing polymer have a narrow Mw/Mn distribution of 1.0 to 2.0.
前記カルボキシ基含有ポリマーの合成方法としては、例えば、前述した繰り返し単位を与えるモノマーを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加えて加熱し、重合させる方法が挙げられる。 One example of a method for synthesizing the carboxyl group-containing polymer is to polymerize a monomer that provides the repeating unit described above in an organic solvent by adding a radical polymerization initiator and heating the resulting mixture.
重合反応に使用する有機溶剤の具体例としては、トルエン、ベンゼン、THF、ジエチルエーテル、ジオキサン、シクロヘキサン、シクロペンタン、メチルエチルケトン(MEK)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、γ-ブチロラクトン(GBL)等が挙げられる。前記重合開始剤の具体例としては、2,2'-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル-2,2-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、1,1'-アゾビス(1-アセトキシ-1-フェニルエタン)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が挙げられる。前記重合開始剤の添加量は、重合させるモノマーの合計に対し、0.01~25モル%であることが好ましい。反応温度は、50~150℃が好ましく、60~100℃がより好ましい。反応時間は2~24時間が好ましく、生産効率の観点から2~12時間がより好ましい。 Specific examples of organic solvents used in the polymerization reaction include toluene, benzene, THF, diethyl ether, dioxane, cyclohexane, cyclopentane, methyl ethyl ketone (MEK), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and gamma-butyrolactone (GBL). Specific examples of the polymerization initiator include 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-2,2-azobis(2-methylpropionate), 1,1'-azobis(1-acetoxy-1-phenylethane), benzoyl peroxide, and lauroyl peroxide. The amount of the polymerization initiator added is preferably 0.01 to 25 mol% of the total amount of monomers to be polymerized. The reaction temperature is preferably 50 to 150°C, and more preferably 60 to 100°C. The reaction time is preferably 2 to 24 hours, and from the perspective of production efficiency, more preferably 2 to 12 hours.
前記重合開始剤は、前記モノマー溶液へ添加して反応釜へ供給してもよいし、前記モノマー溶液とは別に開始剤溶液を調製し、それぞれを独立に反応釜へ供給してもよい。待機時間中に開始剤から生じたラジカルによって重合反応が進み超高分子体が生成する可能性があることから、品質管理の観点からモノマー溶液と開始剤溶液とは、それぞれ独立に調製して滴下することが好ましい。酸不安定基は、モノマーに導入されたものをそのまま用いてもよいし、重合後に保護化あるいは部分保護化してもよい。また、分子量の調整のため、ドデシルメルカプタン、2-メルカプトエタノール等の公知の連鎖移動剤を併用してもよい。この場合、前記連鎖移動剤の添加量は、重合させるモノマーの合計に対し、0.01~20モル%であることが好ましい。 The polymerization initiator may be added to the monomer solution and then fed to the reaction vessel, or an initiator solution may be prepared separately from the monomer solution and then fed to the reaction vessel independently. Because radicals generated from the initiator during the waiting time may accelerate the polymerization reaction and produce ultra-high molecular weight polymers, it is preferable to prepare the monomer solution and initiator solution independently and add them dropwise from a quality control perspective. The acid labile groups introduced into the monomer may be used as is, or they may be protected or partially protected after polymerization. To adjust the molecular weight, known chain transfer agents such as dodecyl mercaptan and 2-mercaptoethanol may also be used in combination. In this case, the amount of the chain transfer agent added is preferably 0.01 to 20 mol % of the total amount of monomers to be polymerized.
なお、前記モノマー溶液中の各モノマーの量は、例えば、前述した繰り返し単位の好ましい含有割合となるように適宜設定すればよい。 The amount of each monomer in the monomer solution may be appropriately set so as to achieve the preferred content ratio of the repeating units described above.
本発明のレジスト組成物中、前記超原子価ヨウ素化合物及び前記カルボキシ基含有ポリマーは、前記ポリマー中のカルボン酸含有繰り返し単位に対する超原子価ヨウ素化合物の含有比が、モル比で、10:90~90:10となるように含まれることが好ましく、20:80~80:20となるように含まれることがより好ましく、30:70~70:30となるように含まれることが更に好ましい。前記超原子価ヨウ素化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。前記カルボキシ基含有ポリマーは、1種単独で使用してもよく、組成比率、Mw及び/又はMw/Mnが異なる2種以上を組み合わせて使用してもよい。 In the resist composition of the present invention, the hypervalent iodine compound and the carboxy group-containing polymer are preferably contained so that the molar ratio of the hypervalent iodine compound to the carboxylic acid-containing repeating units in the polymer is 10:90 to 90:10, more preferably 20:80 to 80:20, and even more preferably 30:70 to 70:30. The hypervalent iodine compound may be used alone, or two or more types may be used in combination. The carboxy group-containing polymer may be used alone, or two or more types with different composition ratios, Mw, and/or Mw/Mn may be used in combination.
[その他の超原子価ヨウ素化合物]
本発明のレジスト組成物は、下記式(3)で表される超原子価ヨウ素化合物(以下、その他の超原子価ヨウ素化合物ともいう。)を含んでもよい。その他の超原子価ヨウ素化合物を添加することで、光に対する反応性を制御し、感度を調整することができる。
The resist composition of the present invention may contain a hypervalent iodine compound represented by the following formula (3) (hereinafter also referred to as other hypervalent iodine compounds). By adding the other hypervalent iodine compounds, it is possible to control the reactivity to light and adjust the sensitivity.
式(3)中、kは、0~5の整数である。 In formula (3), k is an integer from 0 to 5.
式(3)中、R11及びR12は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビル基である。また、R11及びR12が、互いに結合してこれらが結合する炭素原子及び該炭素原子間の原子と共に環を形成してもよい。前記ハロゲン原子の具体例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。前記炭素数1~10のヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、tert-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、n-デシル基等の炭素数1~10のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、ノルボルニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、アダマンチル基等の炭素数3~10の環式飽和ヒドロカルビル基;ビニル基、アリル基等の炭素数2~10のアルケニル基;フェニル基、ナフチル基等の炭素数6~10のアリール基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。また、前記ヒドロカルビル基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン原子、カルボニル基、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、カーバメート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物(-C(=O)-O-C(=O)-)等を含んでいてもよい。R11及びR12としては、炭素数1~4のヒドロカルビル基又は炭素数1~4のフッ素化ヒドロカルビル基が好ましく、炭素数1~4のヒドロカルビル基がより好ましい。 In formula (3), R 11 and R 12 are each independently a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom. R 11 and R 12 may also be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms to which they are bonded and the atoms between said carbon atoms. Specific examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. The hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, tert-pentyl, n-hexyl, n-octyl, 2-ethylhexyl, n-nonyl, and n-decyl; cyclic saturated hydrocarbyl groups having 3 to 10 carbon atoms, such as cyclopentyl, cyclohexyl, cyclopentylmethyl, cyclopentylethyl, cyclopentylbutyl, cyclohexylmethyl, cyclohexylethyl, cyclohexylbutyl, norbornyl, tricyclo[5.2.1.0 2,6 ]decanyl, and adamantyl; alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, such as vinyl and allyl; aryl groups having 6 to 10 carbon atoms, such as phenyl and naphthyl; and groups obtained by combining these. In addition, some or all of the hydrogen atoms in the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom or a halogen atom, and some of the -CH2- groups in the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, resulting in the hydrocarbyl group containing a hydroxy group, a cyano group, a halogen atom, a carbonyl group, an ether bond, a thioether bond, an ester bond, a sulfonate ester bond, a carbonate bond, a carbamate bond, a lactone ring, a sultone ring, a carboxylic acid anhydride (-C(=O)-O-C(=O)-), etc. R11 and R12 are preferably hydrocarbyl groups having 1 to 4 carbon atoms or fluorinated hydrocarbyl groups having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably hydrocarbyl groups having 1 to 4 carbon atoms.
式(3)中、R13は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。前記ハロゲン原子の具体例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。前記炭素数1~40のヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、tert-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、n-デシル基等の炭素数1~40のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、ノルボルニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、アダマンチル基、アダマンチルメチル基等の炭素数3~40の環式飽和ヒドロカルビル基;フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等の炭素数6~40のアリール基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。また、前記ヒドロカルビル基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン原子、カルボニル基、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、カーバメート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物(-C(=O)-O-C(=O)-)等を含んでいてもよい。kが2、3、4又は5のとき、各R13は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよく、また、複数のR13が、互いに結合してこれらが結合する芳香環の炭素原子と共に環を形成してもよい。 In formula (3), R13 is a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a heteroatom. Specific examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. The hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms may be saturated or unsaturated and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include alkyl groups having 1 to 40 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, tert-pentyl, n-hexyl, n-octyl, 2-ethylhexyl, n-nonyl, and n-decyl; cyclic saturated hydrocarbyl groups having 3 to 40 carbon atoms, such as cyclopentyl, cyclohexyl, cyclopentylmethyl, cyclopentylethyl, cyclopentylbutyl, cyclohexylmethyl, cyclohexylethyl, cyclohexylbutyl, norbornyl, tricyclo[5.2.1.0 2,6 ]decanyl, adamantyl, and adamantylmethyl; aryl groups having 6 to 40 carbon atoms, such as phenyl, naphthyl, and anthracenyl; and groups obtained by combining these. In addition, some or all of the hydrogen atoms in the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom or a halogen atom, and some of the -CH2- groups in the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, resulting in the hydrocarbyl group containing a hydroxy group, a cyano group, a halogen atom, a carbonyl group, an ether bond, a thioether bond, an ester bond, a sulfonate ester bond, a carbonate bond, a carbamate bond, a lactone ring, a sultone ring, a carboxylic acid anhydride (-C(=O)-O-C(=O)-), etc. When k is 2, 3, 4 or 5, R13 may be the same as or different from one another, and multiple R13 may be bonded to one another to form a ring together with the carbon atoms of the aromatic ring to which they are bonded.
その他の超原子価ヨウ素化合物の具体例としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
本発明のレジスト組成物がその他の超原子価ヨウ素化合物を含む場合は、前記ポリマー中のカルボン酸含有繰り返し単位に対する式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物及び前記その他の超原子価ヨウ素化合物の合計の含有比率が、モル比で、10:90~90:10となるように含まれることが好ましく、20:80~80:20となるように含まれることがより好ましく、30:70~70:30となるように含まれることが更に好ましい。また、前記その他の超原子価ヨウ素化合物は、式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物に対し、モル比で、その他の超原子価ヨウ素化合物:式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物=1:99~99:1となるように含まれることが好ましく、1:99~50:50となるように含まれることがより好ましい。前記その他の超原子価ヨウ素化合物は、1種単独で使用してもよく、異なる2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When the resist composition of the present invention contains other hypervalent iodine compounds, the total content ratio of the hypervalent iodine compound represented by Formula (1) and the other hypervalent iodine compounds relative to the carboxylic acid-containing repeating units in the polymer is preferably 10:90 to 90:10, more preferably 20:80 to 80:20, and even more preferably 30:70 to 70:30. Furthermore, the other hypervalent iodine compounds are preferably contained in a molar ratio relative to the hypervalent iodine compound represented by Formula (1) of other hypervalent iodine compound:hypervalent iodine compound represented by Formula (1) = 1:99 to 99:1, more preferably 1:99 to 50:50. The other hypervalent iodine compounds may be used alone or in combination of two or more different types.
[溶剤]
本発明のレジスト組成物は、溶剤を含む。前記溶剤としては、式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物、カルボキシ基含有ポリマー、その他の超原子価ヨウ素化合物及び後述するその他の成分を溶解し、成膜可能なものであれば特に限定されない。このような溶剤としては、有機溶剤が好ましく、その具体例としては、シクロヘキサノン、メチル-2-n-ペンチルケトン、メチルイソアミルケトン等のケトン類;3-メトキシブタノール、3-メチル-3-メトキシブタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、ジアセトンアルコール、4-メチル-2-ペンタノール、2-ヒドロキシイソ酪酸メチル等のアルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert-ブチル、プロピオン酸tert-ブチル、プロピレングリコールモノtert-ブチルエーテルアセテート等のエステル類;ギ酸、酢酸、プロピオン酸等のカルボン酸類;γ-ブチロラクトン等のラクトン類;これらの混合溶剤等が挙げられる。
[solvent]
The resist composition of the present invention contains a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the hypervalent iodine compound represented by formula (1), the carboxy group-containing polymer, other hypervalent iodine compounds, and other components described below and can form a film. Such a solvent is preferably an organic solvent, and specific examples thereof include ketones such as cyclohexanone, methyl-2-n-pentyl ketone, and methyl isoamyl ketone; alcohols such as 3-methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, diacetone alcohol, 4-methyl-2-pentanol, and methyl 2-hydroxyisobutyrate; propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether; Examples of the solvent include ethers such as propylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol dimethyl ether; esters such as propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ethyl lactate, ethyl pyruvate, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, and propylene glycol mono tert-butyl ether acetate; carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, and propionic acid; lactones such as γ-butyrolactone; and mixed solvents thereof.
本発明のレジスト組成物中、前記溶剤の含有量は、レジスト組成物中の固形分濃度が、0.1~20質量%となる量が好ましく、0.1~15質量%となる量がより好ましく、更に好ましくは0.1~10質量%となる量が更に好ましい。なお、本発明において固形分とは、レジスト組成物の全成分のうち、溶剤以外のものの総称である。前記溶剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 The content of the solvent in the resist composition of the present invention is preferably an amount that results in a solids concentration in the resist composition of 0.1 to 20% by mass, more preferably an amount that results in a solids concentration in the resist composition of 0.1 to 15% by mass, and even more preferably an amount that results in a solids concentration in the resist composition of 0.1 to 10% by mass. In this specification, the term "solids" refers collectively to all components of the resist composition other than the solvent. The solvents may be used alone, or two or more may be mixed together.
本発明のレジスト組成物は、更に界面活性剤を含んでもよい。前記界面活性剤としては、フッ素系及び/又はシリコーン系界面活性剤が好ましい。このような界面活性剤の具体例としては、米国特許出願公開2008/0248425号明細書の段落[0276]に記載の界面活性剤が挙げられる。さらに、米国特許出願公開2008/0248425号明細書の段落[0280]に記載されたフッ素系及び/又はシリコーン系界面活性剤以外の界面活性剤を使用することもできる。 The resist composition of the present invention may further contain a surfactant. The surfactant is preferably a fluorine-based and/or silicone-based surfactant. Specific examples of such surfactants include those described in paragraph [0276] of U.S. Patent Application Publication No. 2008/0248425. Furthermore, surfactants other than the fluorine-based and/or silicone-based surfactants described in paragraph [0280] of U.S. Patent Application Publication No. 2008/0248425 can also be used.
本発明のレジスト組成物が前記界面活性剤を含む場合、その含有量は、全固形分中0.0001~2質量%が好ましい。前記界面活性剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When the resist composition of the present invention contains the surfactant, its content is preferably 0.0001 to 2% by mass of the total solids content. The surfactant may be used alone or in combination of two or more types.
本発明のレジスト組成物は、更にラジカル捕捉剤及び架橋剤から選ばれる少なくとも1つを含んでもよい。これによって、フォトリソグラフィー中における光反応を制御し、感度を調整することができる。 The resist composition of the present invention may further contain at least one selected from a radical scavenger and a crosslinking agent. This makes it possible to control the photoreaction during photolithography and adjust the sensitivity.
前記ラジカル捕捉剤の具体例としては、ヒンダードフェノール類、キノン類、ヒンダードアミン類、チオール化合物等が挙げられる。具体的には、前記ヒンダードフェノール類の具体例としては、ジブチルヒドロキシトルエン、2,2'-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)等が挙げられる。前記キノン類の具体例としては、4-メトキシフェノール(メトキノン)、ヒドロキノン等が挙げられる。前記ヒンダードアミン類の具体例としては、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシラジカル等が挙げられる。前記チオール類の具体例としては、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール等が挙げられる。 Specific examples of the radical scavengers include hindered phenols, quinones, hindered amines, and thiol compounds. Specific examples of the hindered phenols include dibutylhydroxytoluene and 2,2'-methylenebis(4-methyl-6-tert-butylphenol). Specific examples of the quinones include 4-methoxyphenol (methoquinone) and hydroquinone. Specific examples of the hindered amines include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine and 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxy radical. Specific examples of the thiols include dodecanethiol and hexadecanethiol.
本発明のレジスト組成物が前記ラジカル捕捉剤を含む場合、その含有量は、全固形分中0.01~10質量%が好ましい。前記ラジカル捕捉剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When the resist composition of the present invention contains the radical scavenger, its content is preferably 0.01 to 10 mass% of the total solids content. The radical scavenger may be used alone or in combination of two or more types.
前記架橋剤の具体例としては、ビニル基、(メタ)アクリレート基、アリル基、アルキニル基、芳香環等の炭素-炭素不飽和結合を官能基としてもつ化合物が挙げられる。具体的には、ビニル基を有する化合物の具体例としては、置換基を有してもよい、鎖状アルケン、分岐状アルケン、環状アルケン等が挙げられる。(メタ)アクリレート基を有する化合物の具体例としては、置換基を有してもよい、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等が挙げられる。アリル基を有する化合物の具体例としては、置換基を有してもよい、アリルアルコール、アリルエーテル、アリルエステル、アリルアミド、アリルアミン、アリル基含有イソシアヌレート類等が挙げられる。アルキニル基を有する化合物の具体例としては、置換基を有してもよい、鎖状アルキン、分岐状アルキン、環状アルキン、アルキニルアルコール、アルキニルエーテル、アルキニルエステル、アルキニルアミド、アルキニルアミン、アルキニル基含有イソシアヌレート類等が挙げられる。芳香環を有する化合物の具体例としては、置換基を有してもよい、アレーン類、ヘテロアレーン類、スチレン、スチルベン、フェニルアセチレン、アセナフチレン、カルコン等が挙げられる。架橋剤は、前記官能基のいずれか1つのみを有していてもよく、複数を有していてもよい。架橋剤に含まれる前記官能基の数は、1以上10以下であることが好ましく、2以上8以下であることがより好ましい。 Specific examples of the crosslinking agent include compounds having a carbon-carbon unsaturated bond as a functional group, such as a vinyl group, a (meth)acrylate group, an allyl group, an alkynyl group, or an aromatic ring. Specific examples of compounds having a vinyl group include linear alkenes, branched alkenes, and cyclic alkenes, which may have a substituent. Specific examples of compounds having a (meth)acrylate group include acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid esters, and methacrylic acid esters, which may have a substituent. Specific examples of compounds having an allyl group include allyl alcohol, allyl ether, allyl ester, allyl amide, allyl amine, and allyl group-containing isocyanurates, which may have a substituent. Specific examples of compounds having an alkynyl group include linear alkynes, branched alkynes, cyclic alkynes, alkynyl alcohol, alkynyl ether, alkynyl ester, alkynyl amide, alkynyl amine, and alkynyl group-containing isocyanurates, which may have a substituent. Specific examples of compounds having an aromatic ring include arenes, heteroarenes, styrene, stilbene, phenylacetylene, acenaphthylene, chalcone, and the like, which may have a substituent. The crosslinking agent may have only one or more of the above functional groups. The number of functional groups contained in the crosslinking agent is preferably 1 to 10, and more preferably 2 to 8.
本発明のレジスト組成物が前記架橋剤を含む場合、その含有量は、全固形分中0.01~50質量%が好ましい。前記架橋剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When the resist composition of the present invention contains the crosslinking agent, its content is preferably 0.01 to 50 mass% of the total solids content. The crosslinking agents may be used alone or in combination of two or more.
本発明のレジスト組成物は、前述のとおり超原子価ヨウ素化合物及びカルボキシ基含有ポリマーを主成分として含むが、従来の化学増幅レジスト組成物に含まれるような酸不安定基含有ベースポリマーや光酸発生剤を含まない。しかしながら、本発明のレジスト組成物は、特にEB又はEUV露光により、露光部分と未露光部分の溶解性に差が生じ、ポジ型ないしはネガ型のパターンを形成することができる。その機構については完全に明らかではないが、例えば以下のように推測される。 As mentioned above, the resist composition of the present invention contains a hypervalent iodine compound and a carboxy group-containing polymer as its main components, but does not contain an acid-labile group-containing base polymer or a photoacid generator, as are contained in conventional chemically amplified resist compositions. However, with the resist composition of the present invention, a difference in solubility occurs between the exposed and unexposed areas, particularly upon exposure to EB or EUV, making it possible to form positive or negative patterns. The mechanism behind this is not completely clear, but is presumed to be as follows, for example.
式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物は、カルボキシレート配位子を有する三配位の化合物である。このような三配位ヨウ素化合物は、カルボン酸化合物と混合することで、カルボキシレート配位子の交換が平衡反応で生じると考えられる。この際、元のカルボキシレート配位子を何らかの方法で除去することができれば、新たな配位子を有した超原子価ヨウ素化合物が生成される。例えば、超原子価ヨウ素化合物として比較的入手容易な1-アセトキシ-1,2-ベンズヨードキソール-3-(1H)-オンと、分子量の大きいカルボン酸化合物を混合し、生じた低沸点の酢酸を除去すれば、配位子交換が完成する。ここで、カルボン酸化合物がポリマーであった場合、ポリマーと超原子価ヨウ素化合物とが結合した、高分子量の超原子価ヨウ素化合物となる。 The hypervalent iodine compound represented by formula (1) is a tricoordinate compound with a carboxylate ligand. When such a tricoordinate iodine compound is mixed with a carboxylic acid compound, an exchange of the carboxylate ligand is thought to occur through an equilibrium reaction. If the original carboxylate ligand can be removed in some way, a hypervalent iodine compound with a new ligand is generated. For example, 1-acetoxy-1,2-benziodoxol-3-(1H)-one, a relatively readily available hypervalent iodine compound, is mixed with a high-molecular-weight carboxylic acid compound, and the resulting low-boiling acetic acid is removed to complete the ligand exchange. If the carboxylic acid compound is a polymer, the polymer and the hypervalent iodine compound combine to form a high-molecular-weight hypervalent iodine compound.
高分子量の超原子価ヨウ素化合物は、成膜時に生成する。なぜならば、そのような高分子量の超原子価ヨウ素化合物を予め合成しても、多くの有機溶剤に溶けないため、溶液を調製できないからである。これは、元々分極が大きいゆえに溶剤溶解性の低い超原子価ヨウ素化合物が、高分子量体であるカルボン酸含有ポリマーを配位子とすることでさらに一層溶解性が悪くなるからであると推測される。そこで、成膜時及びその後のベーク工程において元の低分子カルボン酸成分を除去することで、配位子交換反応を完了させるとともにレジスト膜を形成する工程とすることが望ましい。 High-molecular-weight hypervalent iodine compounds are generated during film formation. This is because even if such high-molecular-weight hypervalent iodine compounds are synthesized in advance, they are insoluble in many organic solvents and therefore cannot be used to prepare a solution. This is presumably because hypervalent iodine compounds, which have low solvent solubility due to their inherent high polarization, become even less soluble when a high-molecular-weight carboxylic acid-containing polymer is used as a ligand. Therefore, it is desirable to complete the ligand exchange reaction and form a resist film by removing the original low-molecular-weight carboxylic acid component during film formation and the subsequent baking process.
このとき形成されるレジスト膜は、カルボキシ基含有ポリマーと超原子価ヨウ素化合物とが結合したポリマーを含むと推測される。すなわち、前記ポリマーは、下記式(4)で表される繰り返し単位を含むと推測される。
このようにして基板上に成膜された本発明のレジスト膜は、その主成分である超原子価ヨウ素化合物が光によって分解することで極性が変化し、現像工程によりパターンが形成される。なお、現像液を適宜選択することで、ポジ型あるいはネガ型のパターンを形成することができる。 The resist film of the present invention formed on the substrate in this manner undergoes a change in polarity when its main component, the hypervalent iodine compound, is decomposed by light, and a pattern is formed by the development process. By appropriately selecting the developer, either a positive or negative pattern can be formed.
前述の推測から、本発明のレジスト組成物は非化学増幅レジスト組成物であると言える。本発明のレジスト組成物は、従来の化学増幅レジスト組成物のような酸不安定基含有ベースポリマーや光酸発生剤を必要としないため、酸の拡散による悪影響(例えば、像のボケ)が発生せず、微細なパターンを解像することが可能となる。 Based on the above speculation, it can be said that the resist composition of the present invention is a non-chemically amplified resist composition. Unlike conventional chemically amplified resist compositions, the resist composition of the present invention does not require an acid-labile group-containing base polymer or a photoacid generator. Therefore, adverse effects due to acid diffusion (e.g., image blurring) do not occur, making it possible to resolve fine patterns.
本発明のレジスト組成物は、特にEUVリソグラフィーにおいて極めて有効である。それは、本発明のレジスト組成物が、EUV光に対して吸収能の高いヨウ素原子を有しており、また、式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物が、前述した配位子交換が起こりうるカルボキシレート配位子を1つしか有しないため、成膜時にポリマー同士の架橋が生じず、その他の超原子価ヨウ素化合物のみを用いた場合に比べ、より低い露光量で極性変化が起こるという特徴を有するためである。すなわち、本発明のレジスト組成物は、これらの特徴により、高感度、高解像性及び低LWRを達成することができる。 The resist composition of the present invention is particularly effective in EUV lithography. This is because the resist composition of the present invention contains iodine atoms with high absorption capacity for EUV light, and the hypervalent iodine compound represented by formula (1) contains only one carboxylate ligand that can undergo the aforementioned ligand exchange. This prevents crosslinking between polymers during film formation, and allows polarity change to occur at a lower exposure dose than when other hypervalent iodine compounds are used alone. In other words, these features enable the resist composition of the present invention to achieve high sensitivity, high resolution, and low LWR.
微細パターンが形成可能なEUVリソグラフィー用レジスト組成物として、ヨウ素原子と同様にEUV光に対して吸収能の高い金属スズ化合物を主成分とするメタルレジストが報告されている(例えば、特許文献2)。しかし、前述したとおり、このようなメタルレジストは、溶剤への溶解性不足、保存安定性、そして金属元素を含むがゆえのエッチング後残渣による欠陥等多くの問題点がある。一方、本発明のレジスト組成物は、金属元素を使用していないため、欠陥の点でメタルレジストよりも有利であり、溶剤への溶解性についても問題はない。さらに、本発明のレジスト組成物はポジ型、ネガ型いずれの場合にも適用できるため、使用用途が幅広い。例えばコンタクトホール形成工程において、ネガ型現像で行われるメタルレジストでは、ピラーパターン形成後に反転プロセス工程が必要となるが、ポジ型レジストではそのような工程は不要である。従ってプロセス簡便性という観点からも、本発明のレジスト組成物はメタルレジストよりも有用であると言える。 Metal resists primarily composed of metal tin compounds, which, like iodine atoms, have a high absorption capacity for EUV light, have been reported as resist compositions for EUV lithography capable of forming fine patterns (see, for example, Patent Document 2). However, as mentioned above, such metal resists suffer from numerous problems, including insufficient solubility in solvents, poor storage stability, and defects due to post-etching residues caused by the presence of metal elements. In contrast, the resist composition of the present invention does not contain metal elements, making it more advantageous than metal resists in terms of defects and eliminating the issue of solvent solubility. Furthermore, the resist composition of the present invention can be used in both positive-tone and negative-tone resists, making it versatile. For example, in the contact hole formation process, metal resists developed using negative-tone development require a reversal process step after pillar pattern formation, whereas positive-tone resists do not require such a step. Therefore, from the perspective of process simplicity, the resist composition of the present invention is more useful than metal resists.
特開2015-180928号公報や特開2018-095853号公報には、超原子価ヨウ素化合物を添加剤として含むレジスト組成物や、超原子価ヨウ素化合物をベースポリマーのポリマー骨格に組み込んだレジスト組成物が記載されている。しかし、これらの特許文献には、前記レジスト組成物の特性として、ラインエッジラフネスを改善できると記載されているのみであり、超原子価ヨウ素化合物が光分解する可能性も非化学増幅レジスト組成物の材料として機能する可能性も一切言及されていない。さらに、配合量に関する記載や具体例によれば、超原子価ヨウ素化合物は主成分とはなっていない。また、特許文献3には、超原子価ヨウ素化合物を用いたポジ型レジスト組成物が提案されているが、本発明の式(1)で表される超原子価ヨウ素化合物について記載がなく、このような化合物を使用することで感度や解像性が改善することについて一切言及していない。したがって、これらの特許文献から、本発明のような、極めて高感度であり、また優れた解像力を示し、精密な微細加工に極めて有効な非化学増幅レジスト組成物を想起するには至らないと思料される。すなわち、本発明は、明確に新規なレジスト組成物及びパターン形成方法を提供するものであると言える。 JP 2015-180928 A and JP 2018-095853 A describe resist compositions containing a hypervalent iodine compound as an additive and resist compositions incorporating a hypervalent iodine compound into the polymer backbone of a base polymer. However, these patent documents only describe the resist compositions' ability to improve line edge roughness, and make no mention of the possibility of hypervalent iodine compounds undergoing photodecomposition or functioning as materials for non-chemically amplified resist compositions. Furthermore, according to the descriptions of blending amounts and specific examples, hypervalent iodine compounds are not the main component. Furthermore, Patent Document 3 proposes a positive resist composition using a hypervalent iodine compound, but does not describe the hypervalent iodine compound represented by Formula (1) of the present invention, nor does it mention at all that using such a compound improves sensitivity or resolution. Therefore, it is believed that these patent documents do not suggest the non-chemically amplified resist composition of the present invention, which exhibits extremely high sensitivity, excellent resolution, and is extremely effective for precise microfabrication. In other words, it can be said that the present invention provides a clearly novel resist composition and pattern formation method.
[パターン形成方法]
本発明のレジスト組成物を種々の集積回路製造に用いる場合は、公知のリソグラフィー技術を適用することができる。例えば、パターン形成方法としては、前述したレジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、前記露光したレジスト膜を、必要に応じて現像液を用いて現像する工程とを含む方法が挙げられる。
[Pattern formation method]
When the resist composition of the present invention is used in the manufacture of various integrated circuits, known lithography techniques can be applied. For example, a pattern formation method can include a method comprising the steps of forming a resist film on a substrate using the resist composition, exposing the resist film to high-energy rays, and, if necessary, developing the exposed resist film using a developer.
まず、本発明のレジスト組成物を、集積回路製造用の基板上に、又は下層膜を積層した基板(Si、SiO2、SiN、SiON、TiN、WSi、BPSG、SOG、有機反射防止膜等)の該下層膜上や、マスク回路製造用の基板上に、又は下層膜を積層した基板(Cr、CrO、CrON、MoSi2、SiO2等)の該下層膜上に、スピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の適当な塗布方法により塗布膜厚が0.01~2μmとなるように塗布する。これをホットプレート上で、好ましくは60~200℃、10秒~30分間、より好ましくは80~180℃、30秒~20分間プリベークし、レジスト膜を形成する。なお、下層膜とは、多層レジストプロセスにおいて基板とレジスト膜との間に形成される膜を意味し、前記下層膜としては、特に限定されず、従来公知のものを使用することができる。 First, the resist composition of the present invention is applied to a substrate for integrated circuit production, or to a substrate having a laminated underlayer film (e.g., Si, SiO 2 , SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG, or organic antireflective coating), or to a substrate for mask circuit production, or to a substrate having a laminated underlayer film (e.g., Cr, CrO, CrON, MoSi 2 , or SiO 2 ), by a suitable coating method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, or doctor coating, to a coating thickness of 0.01 to 2 μm. This is then prebaked on a hot plate, preferably at 60 to 200°C for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 80 to 180°C for 30 seconds to 20 minutes, to form a resist film. The underlayer film refers to a film formed between the substrate and the resist film in a multilayer resist process. The type of underlayer film is not particularly limited, and conventionally known underlayer films can be used.
次いで、高エネルギー線を用いて、前記レジスト膜を露光する。前記高エネルギー線としては、紫外線、遠紫外線、EB、EUV、X線、軟X線、エキシマレーザー光、γ線、シンクロトロン放射線等が挙げられる。前記高エネルギー線として紫外線、遠紫外線、EUV、X線、軟X線、エキシマレーザー光、γ線、シンクロトロン放射線等を用いる場合は、直接又は目的のパターンを形成するためのマスクを用いて、露光量が好ましくは1~300mJ/cm2程度、より好ましくは10~200mJ/cm2程度となるように照射する。高エネルギー線としてEBを用いる場合は、直接又は目的のパターンを形成するためのマスクを用いて、露光量が好ましくは0.1~2000μC/cm2程度、より好ましくは0.5~1500μC/cm2程度で描画する。なお、本発明のレジスト組成物は、特に高エネルギー線の中でも、EB又はEUVによる微細パターニングに好適である。 The resist film is then exposed to high-energy radiation. Examples of such high-energy radiation include ultraviolet radiation, far ultraviolet radiation, EB, EUV, X-rays, soft X-rays, excimer laser light, gamma rays, and synchrotron radiation. When ultraviolet radiation, far ultraviolet radiation, EUV, X-rays, soft X-rays, excimer laser light, gamma rays, and synchrotron radiation are used as the high-energy radiation, the exposure dose is preferably about 1 to 300 mJ/ cm² , more preferably about 10 to 200 mJ/ cm² , either directly or using a mask for forming the desired pattern. When EB is used as the high-energy radiation, the exposure dose is preferably about 0.1 to 2000 μC/ cm² , more preferably about 0.5 to 1500 μC/ cm² , either directly or using a mask for forming the desired pattern. The resist composition of the present invention is particularly suitable for fine patterning using EB or EUV, among other high-energy radiations.
露光後、必要に応じてPEBを行う。このとき、露光後にホットプレート上又はオーブン中で30~150℃を10秒~30分間、より好ましくは60~120℃を30秒~20分間の条件で行うことが好ましい。 After exposure, PEB is performed as needed. This is preferably performed on a hot plate or in an oven at 30 to 150°C for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 60 to 120°C for 30 seconds to 20 minutes.
露光後又はPEB後、必要に応じて現像液を用いて現像してパターニングを行う。このときに用いる現像液としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液等のアルカリ水溶液;2-オクタノン、2-ノナノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、2-ヘキサノン、3-ヘキサノン、ジイソブチルケトン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、メチルアセトフェノン、イソプロピルアルコール、イソアミルアルコール、n-ブタノール、n-ペンタノール、シクロヘキサノール、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸ブテニル、酢酸イソペンチル、酢酸シクロヘキシル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸ペンチル、ギ酸イソペンチル、吉草酸メチル、ペンテン酸メチル、クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、乳酸ペンチル、乳酸イソペンチル、2-ヒドロキシイソ酪酸メチル、2-ヒドロキシイソ酪酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸メチル、フェニル酢酸エチル、ギ酸ベンジル、ギ酸フェニルエチル、3-フェニルプロピオン酸メチル、プロピオン酸ベンジル、酢酸2-フェニルエチル、2 -プロパノール、3-メトキシブタノール、3-メチル-3-メトキシブタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、ジアセトンアルコール、4-メチル-2-ペンタノール等の有機溶剤が挙げられる。これらの現像液は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 After exposure or PEB, the film is developed with a developer as needed to achieve patterning. Developers used in this process include alkaline aqueous solutions such as tetramethylammonium hydroxide solution; 2-octanone, 2-nonanone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, 2-hexanone, 3-hexanone, diisobutyl ketone, methylcyclohexanone, acetophenone, methylacetophenone, isopropyl alcohol, isoamyl alcohol, n-butanol, n-pentanol, cyclohexanol, propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, pentyl acetate, butenyl acetate, isopentyl acetate, cyclohexyl acetate, propyl formate, butyl formate, isobutyl formate, and formic acid. Examples of organic solvents that can be used include pentyl, isopentyl formate, methyl valerate, methyl pentenoate, methyl crotonate, ethyl crotonate, methyl propionate, ethyl propionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl lactate, ethyl lactate, propyl lactate, butyl lactate, isobutyl lactate, pentyl lactate, isopentyl lactate, methyl 2-hydroxyisobutyrate, ethyl 2-hydroxyisobutyrate, methyl benzoate, ethyl benzoate, phenyl acetate, benzyl acetate, methyl phenylacetate, ethyl phenylacetate, benzyl formate, phenylethyl formate, methyl 3-phenylpropionate, benzyl propionate, 2-phenylethyl acetate, 2-propanol, 3-methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, diacetone alcohol, and 4-methyl-2-pentanol. These developers may be used alone or in combination.
現像後、必要に応じてリンスを行う。リンス液としては、現像液と混溶し、レジスト膜を溶解させない溶剤が好ましい。このような溶剤としては、炭素数3~10のアルコール、炭素数8~12のエーテル化合物、炭素数6~12のアルカン、アルケン、アルキン、芳香族系の溶剤が好ましく用いられる。また、有機溶剤のかわりに水をリンス液として用いてもよい。 After development, rinse if necessary. A preferred rinse solution is a solvent that is miscible with the developer but does not dissolve the resist film. Examples of such solvents include alcohols with 3 to 10 carbon atoms, ether compounds with 8 to 12 carbon atoms, alkanes, alkenes, alkynes, and aromatic solvents with 6 to 12 carbon atoms. Water may also be used as a rinse solution instead of an organic solvent.
リンスを行うことによって、レジストパターンの倒れや欠陥の発生を低減させることができる。また、リンスは必ずしも必須ではなく、リンスを行わないことによって溶剤の使用量を削減することができる。 Rinsing can reduce the occurrence of resist pattern collapse and defects. Rinsing is not always necessary, and eliminating rinsing can reduce the amount of solvent used.
以下、合成例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。 The present invention will be specifically explained below using synthesis examples, working examples, and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[1]超原子価ヨウ素化合物の合成
[合成例1-1]超原子価ヨウ素化合物I-1の合成
オキソン(登録商標)(ペルオキシ一硫酸カリウム)40gを水40gに溶解させた溶液に、原料化合物SM-1(ヨード安息香酸)13.6gをアセトニトリル40gに溶解させた溶液を室温にて滴下した。滴下後、2時間攪拌し、析出した固体をろ別した。得られた固体を水40mLで洗浄した後、アセトン40mLで洗浄し、40℃で減圧乾燥することで、中間体In-1を固体として得た(収量11.6g、収率81%)。次いで、In-1 8g及び無水酢酸27mLを混合した後、140℃にて2時間撹拌し、反応液を室温に戻し、析出した固体をろ別した。得られた固体をジイソプロピルエーテルで洗浄し、40℃で減圧乾燥することで、目的の超原子価ヨウ素化合物I-1を固体として得た(収量7.0g、収率5%)。
超原子価ヨウ素化合物I-1の核磁気共鳴スペクトル(1H-NMR/DMSO-d6)及びシングル四重極質量分析の測定結果を以下に示す。
1H-NMR (500MHz, DMSO-d6) δ 2.25 (s, 3H), 7.75 (m, 1H), 7.78 (m, 1H), 8.05 (m, 2H) ppm.
シングル四重極質量分析(ESI): POSITIVE M+H+ 307.0(C9H7IO4相当)
A solution of 13.6 g of starting compound SM-1 (iodobenzoic acid) in 40 g of acetonitrile was added dropwise to a solution of 40 g of Oxone (registered trademark) (potassium peroxymonosulfate) dissolved in 40 g of water at room temperature. After the dropwise addition, the mixture was stirred for 2 hours, and the precipitated solid was separated by filtration. The resulting solid was washed with 40 mL of water, then with 40 mL of acetone, and dried under reduced pressure at 40°C to obtain intermediate In-1 as a solid (yield: 11.6 g, 81%). Next, 8 g of In-1 and 27 mL of acetic anhydride were mixed and stirred at 140°C for 2 hours. The reaction solution was returned to room temperature, and the precipitated solid was separated by filtration. The resulting solid was washed with diisopropyl ether and dried under reduced pressure at 40°C to obtain the desired hypervalent iodine compound I-1 as a solid (yield: 7.0 g, 5%).
The results of measurement of the nuclear magnetic resonance spectrum ( 1 H-NMR/DMSO-d 6 ) and single quadrupole mass spectrometry of the hypervalent iodine compound I-1 are shown below.
1 H-NMR (500MHz, DMSO-d 6 ) δ 2.25 (s, 3H), 7.75 (m, 1H), 7.78 (m, 1H), 8.05 (m, 2H) ppm.
Single quadrupole mass spectrometry (ESI): POSITIVE M + H + 307.0 (equivalent to C 9 H 7 IO 4 )
[合成例1-2]超原子価ヨウ素化合物I-2の合成
原料化合物SM-1のかわりに原料化合物SM-2を用いた以外は、合成例1-1と同様の方法で超原子価ヨウ素化合物I-2を合成した(収率86%)。
超原子価ヨウ素化合物I-2の核磁気共鳴スペクトル(1H-NMR/DMSO-d6)及びシングル四重極質量分析の測定結果を以下に示す。
1H-NMR (500MHz, DMSO-d6) δ 2.21 (s, 3H), 7.61 (m, 1H), 7.72 (d, J=8.2Hz, 1H), 7.95 (d, J=4.2Hz, 1H) ppm.
シングル四重極質量分析(ESI): POSITIVE M+H+ 325.0(C9H6FIO4相当)
A hypervalent iodine compound I-2 was synthesized (yield 86%) in the same manner as in Synthesis Example 1-1, except that the starting compound SM-2 was used instead of the starting compound SM-1.
The results of measurement of the nuclear magnetic resonance spectrum ( 1 H-NMR/DMSO-d 6 ) and single quadrupole mass spectrometry of the hypervalent iodine compound I-2 are shown below.
1 H-NMR (500MHz, DMSO-d 6 ) δ 2.21 (s, 3H), 7.61 (m, 1H), 7.72 (d, J=8.2Hz, 1H), 7.95 (d, J=4.2Hz, 1H) ppm.
Single quadrupole mass spectrometry (ESI): POSITIVE M + H + 325.0 (equivalent to C 9 H 6 FIO 4 )
[合成例1-3]超原子価ヨウ素化合物I-3の合成
原料化合物SM-3 15gをアセトニトリル40gに溶解させた溶液に、トリクロロイソシアヌル酸3.4gを加えた。室温下で30分攪拌した後、析出した固体をろ別することで中間体In-3を得た(収量10.6g、収率65%)。
次いで、IM-3 8g、酢酸銀3.3g及びアセトニトリル100gを混合した後、室温で10時間攪拌し、析出した固体をろ別した。得られた固体をアセトニトリルで抽出し、抽出液を減圧留去することで目的の超原子価ヨウ素化合物I-3を固体として得た(収量8.5g、収率100%)。
超原子価ヨウ素化合物I-3の核磁気共鳴スペクトル(1H-NMR/CDCl3)及びシングル四重極質量分析の測定結果を以下に示す。
1H-NMR (500MHz, CDCl3) δ 2.18 (s, 3H), 7.61-7.79 (m, 3H), 7.93 (d, J=8.4Hz, 1H) ppm.
シングル四重極質量分析(ESI): POSITIVE M+H+ 428.9(C11H8F6IO3相当)
To a solution of 15 g of the starting compound SM-3 dissolved in 40 g of acetonitrile, 3.4 g of trichloroisocyanuric acid was added. After stirring at room temperature for 30 minutes, the precipitated solid was filtered off to obtain intermediate In-3 (yield: 10.6 g, 65%).
Next, 8 g of IM-3, 3.3 g of silver acetate, and 100 g of acetonitrile were mixed and stirred at room temperature for 10 hours, and the precipitated solid was filtered off. The resulting solid was extracted with acetonitrile, and the extract was evaporated under reduced pressure to obtain the target hypervalent iodine compound I-3 as a solid (yield: 8.5 g, 100%).
The results of measurement of the nuclear magnetic resonance spectrum ( 1 H-NMR/CDCl 3 ) and single quadrupole mass spectrometry of the hypervalent iodine compound I-3 are shown below.
1 H-NMR (500MHz, CDCl 3 ) δ 2.18 (s, 3H), 7.61-7.79 (m, 3H), 7.93 (d, J=8.4Hz, 1H) ppm.
Single quadrupole mass spectrometry (ESI): POSITIVE M + H + 428.9 (equivalent to C 11 H 8 F 6 IO 3 )
[2]ポリマーの合成
ポリマーの合成に使用したモノマーは、以下のとおりである。
[合成例2-1]ポリマーP-1の合成
窒素雰囲気下、フラスコに、モノマーa-1(56g)、モノマーb-1(105g)、V-601(富士フイルム和光純薬(株)製)5.4g及びMEKを180gとり、単量体-重合開始剤溶液を調製した。窒素雰囲気とした別のフラスコにMEKを55gとり、攪拌しながら80℃まで加熱した後、前記単量体-重合開始剤溶液を4時間かけて滴下した。滴下終了後、重合液の温度を80℃に保ったまま2時間攪拌を続け、次いで室温まで冷却した。得られた重合液を、激しく攪拌したヘキサン4000gに滴下し、析出したポリマーを濾別した。更に、得られたポリマーをヘキサン1200gで2回洗浄した後、50℃で20時間真空乾燥して白色粉末状のポリマーP-1を得た(収量155g、収率96%)。ポリマーP-1のMwは7700、Mw/Mnは1.82であった。なお、Mwは、THFを溶剤として用いたGPCによるポリスチレン換算測定値である。
[合成例2-2~2-10]ポリマーP-2~P-10の合成
各単量体の種類及び配合比を変えた以外は、合成例1と同様の方法で、下記表1に示すポリマーを合成した。
Synthesis Examples 2-2 to 2-10: Synthesis of Polymers P-2 to P-10 The polymers shown in Table 1 below were synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the types and blending ratios of each monomer were changed.
[3]レジスト組成物の調製
[実施例1-1~1-16、比較例1-1~1-3]
下記表2に示す組成で超原子価ヨウ素化合物、その他の超原子価ヨウ素化合物及びポリマーを0.01質量%の界面活性剤(PF-636、オムノバ社製)を含む溶剤に溶解し、得られた溶液を0.2μmのテフロン(登録商標)製フィルターで濾過することで、レジスト組成物(R-01~R-16)及び比較用レジスト組成物(CR-01)を調製した。また、下記表3に示す組成でポリマー、光酸発生剤及び感度調整剤を0.01質量%の界面活性剤(PF-636、オムノバ社製)を含む溶剤に溶解し、得られた溶液を0.2μmのテフロン(登録商標)製フィルターで濾過することで、比較用レジスト組成物(CR-02~CR-03)を調製した。
[3] Preparation of resist composition [Examples 1-1 to 1-16, Comparative Examples 1-1 to 1-3]
Resist compositions (R-01 to R-16) and a comparative resist composition (CR-01) were prepared by dissolving a hypervalent iodine compound, another hypervalent iodine compound, and a polymer in a solvent containing 0.01 mass% of a surfactant (PF-636, Omnova) according to the compositions shown in Table 2 below, and filtering the resulting solution through a 0.2 μm Teflon (registered trademark) filter. Comparative resist compositions (CR-02 to CR-03) were prepared by dissolving a polymer, a photoacid generator, and a sensitivity adjuster in a solvent containing 0.01 mass% of a surfactant (PF-636, Omnova) according to the compositions shown in Table 3 below, and filtering the resulting solution through a 0.2 μm Teflon (registered trademark) filter.
表2及び3中、その他の超原子価ヨウ素化合物O-1、光酸発生剤PAG-1、感度調整剤Q-1及び溶剤は、以下のとおりである。 In Tables 2 and 3, the other hypervalent iodine compound O-1, photoacid generator PAG-1, sensitivity adjuster Q-1, and solvent are as follows:
・溶剤:PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)
AcOH(酢酸)
HBM(2-ヒドロキシイソ酪酸メチル)
PA(プロピオン酸)
GBL(γ-ブチロラクトン)
Solvent: PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate)
AcOH (acetic acid)
HBM (2-hydroxyisobutyric acid methyl ester)
PA (propionic acid)
GBL (γ-butyrolactone)
[4]EUVリソグラフィー評価(ラインアンドスペースパターン、ポジティブトーン現像)
[実施例2-1~2-16、比較例2-1~2-3]
各レジスト組成物(R-01~R-16、CR-01~CR-03)を、信越化学工業(株)製ケイ素含有スピンオンハードマスクSHB-A940(ケイ素の含有量が43質量%)を膜厚20nmで形成したSi基板上にスピンコートし、ホットプレートを用いて、表4に記載の温度にて60秒間プリベーク(PAB)し、膜厚40nmのレジスト膜を作製した。ASML社製EUVスキャナーNXE3400(NA0.33、σ0.9、90度ダイポール照明)を用いて、36nmラインアンドスペース(LS)1:1のパターンを露光した後、ホットプレート上で表4に記載の温度で60秒間PEBを行い、次いで表4に記載の現像液にて30秒間現像を行って、スペース幅18nm、ピッチ36nmのLSパターンを形成した。
[4] EUV lithography evaluation (line and space pattern, positive tone development)
[Examples 2-1 to 2-16, Comparative Examples 2-1 to 2-3]
Each resist composition (R-01 to R-16, CR-01 to CR-03) was spin-coated onto a Si substrate with a 20 nm thick silicon-containing spin-on hard mask SHB-A940 (43% by mass of silicon) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and pre-baked (PAB) for 60 seconds at the temperature listed in Table 4 using a hot plate to produce a 40 nm thick resist film. A 36 nm line and space (LS) 1:1 pattern was exposed using an ASML EUV scanner NXE3400 (NA 0.33, σ 0.9, 90-degree dipole illumination), and then PEB was performed on a hot plate at the temperature listed in Table 4 for 60 seconds, followed by development for 30 seconds with the developer listed in Table 4 to form an LS pattern with a space width of 18 nm and a pitch of 36 nm.
得られたレジストパターンについて、以下の評価を行った。結果を表4に示す。 The resulting resist patterns were evaluated as follows. The results are shown in Table 4.
[感度評価]
前記LSパターンを(株)日立ハイテク製測長SEM(CG-6300)を用いて観察し、スペース幅18nm、ピッチ36nmのLSパターンが得られる最適な露光量Eop(mJ/cm2)を求め、これを感度とした。
[Sensitivity evaluation]
The LS pattern was observed using a critical dimension SEM (CG-6300) manufactured by Hitachi High-Tech Corporation, and the optimum exposure dose Eop (mJ/cm 2 ) for obtaining an LS pattern with a space width of 18 nm and a pitch of 36 nm was determined and taken as the sensitivity.
[LWR評価]
最適露光量で照射して得たLSパターンを、(株)日立ハイテク製測長SEM(CG-6300)でスペース幅の長手方向に10箇所の寸法を測定し、その結果から標準偏差(σ)の3倍値(3σ)をLWRとして求めた。この値が小さいほど、ラフネスが小さく均一なスペース幅のパターンが得られる。
[LWR evaluation]
The LS pattern obtained by irradiation with the optimum exposure dose was measured at 10 points in the longitudinal direction of the space width using a critical dimension SEM (CG-6300) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and the LWR was calculated as three times the standard deviation (σ) (3σ). The smaller this value, the less roughness and the more uniform the space width pattern obtained.
[限界解像性評価]
前記LSパターンが形成される最適露光量から露光量を少しずつ増加させてパターンを形成していく際に解像する限界のライン幅(nm)を、(株)日立ハイテク製測長SEM(CG-6300)を用いて求め、これを限界解像度(nm)とした。この値が小さいほど、限界解像性に優れ、より微細なパターンを形成できることを示す。
[Limiting resolution evaluation]
The limiting line width (nm) that can be resolved when forming a pattern by gradually increasing the exposure dose from the optimum exposure dose at which the LS pattern is formed was determined using a critical dimension SEM (CG-6300) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and this was taken as the limiting resolution (nm). The smaller this value, the better the limiting resolution, indicating that a finer pattern can be formed.
現像液:nBA(酢酸ブチル)
CHA(酢酸シクロヘキシル)
TMAH(2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)
Developer: nBA (butyl acetate)
CHA (cyclohexyl acetate)
TMAH (2.38% by mass tetramethylammonium hydroxide aqueous solution)
[5]EUVリソグラフィー評価(ラインアンドスペースパターン、ネガティブトーン現像)
[実施例3-1~3-16、比較例3-1~3-3]
各レジスト組成物(R-1~R-16、CR-01~CR-03)を、信越化学工業(株)製ケイ素含有スピンオンハードマスクSHB-A940(ケイ素の含有量が43質量%)を膜厚20nmで形成したSi基板上にスピンコートし、ホットプレートを用いて、表5に記載の温度にて60秒間プリベーク(PAB)し、膜厚40nmのレジスト膜を作製した。ASML社製EUVスキャナーNXE3400(NA0.33、σ0.9、90度ダイポール照明)を用いて、36nmラインアンドスペース(LS)1:1のパターンを露光後、ホットプレート上で表5に記載の温度で60秒間ベーク(PEB)を行い、次いで表5に記載の現像液にて30秒間現像を行って、スペース幅18nm、ピッチ36nmのLSパターンを形成した。
[5] EUV lithography evaluation (line and space pattern, negative tone development)
[Examples 3-1 to 3-16, Comparative Examples 3-1 to 3-3]
Each resist composition (R-1 to R-16, CR-01 to CR-03) was spin-coated onto a Si substrate with a 20 nm thick silicon-containing spin-on hard mask SHB-A940 (43% by mass of silicon) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and pre-baked (PAB) for 60 seconds at the temperature listed in Table 5 using a hot plate to produce a 40 nm thick resist film. A 36 nm line and space (LS) 1:1 pattern was exposed using an ASML EUV scanner NXE3400 (NA 0.33, σ 0.9, 90-degree dipole illumination), followed by baking (PEB) for 60 seconds on a hot plate at the temperature listed in Table 5, and then developed for 30 seconds using the developer listed in Table 5 to form an LS pattern with a space width of 18 nm and a pitch of 36 nm.
得られたレジストパターンについて、以下の評価を行った。結果を表4に示す。 The resulting resist patterns were evaluated as follows. The results are shown in Table 4.
[感度評価]
前記LSパターンを(株)日立ハイテク製測長SEM(CG-6300)を用いて観察し、スペース幅18nm、ピッチ36nmのLSパターンが得られる最適な露光量Eop(mJ/cm2)を求め、これを感度とした。
[Sensitivity evaluation]
The LS pattern was observed using a critical dimension SEM (CG-6300) manufactured by Hitachi High-Tech Corporation, and the optimum exposure dose Eop (mJ/cm 2 ) for obtaining an LS pattern with a space width of 18 nm and a pitch of 36 nm was determined and taken as the sensitivity.
[LWR評価]
最適露光量で照射して得たLSパターンを、(株)日立ハイテク製測長SEM(CG-6300)でスペース幅の長手方向に10箇所の寸法を測定し、その結果から標準偏差(σ)の3倍値(3σ)をLWRとして求めた。この値が小さいほど、ラフネスが小さく均一なスペース幅のパターンが得られる。
[LWR evaluation]
The LS pattern obtained by irradiation with the optimum exposure dose was measured at 10 points in the longitudinal direction of the space width using a critical dimension SEM (CG-6300) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and the LWR was calculated as three times the standard deviation (σ) (3σ). The smaller this value, the less roughness and the more uniform the space width pattern obtained.
[限界解像性評価]
前記LSパターンが形成される最適露光量から露光量を少しずつ増加させてパターンを形成していく際に解像する限界のライン幅(nm)を、(株)日立ハイテク製測長SEM(CG-6300)を用いて求め、これを限界解像度(nm)とした。この値が小さいほど、限界解像性に優れ、より微細なパターンを形成できることを示す。
[Limiting resolution evaluation]
The limiting line width (nm) that can be resolved when forming a pattern by gradually increasing the exposure dose from the optimum exposure dose at which the LS pattern is formed was determined using a critical dimension SEM (CG-6300) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and this was taken as the limiting resolution (nm). The smaller this value, the better the limiting resolution, indicating that a finer pattern can be formed.
表4及び表5に示した結果より、本発明のレジスト組成物は、EUV露光によるラインアンドスペースパターン形成において、ポジティブトーン、ネガティブトーンいずれの現像においても、感度、LWR及び解像性に優れることがわかった。 The results shown in Tables 4 and 5 demonstrate that the resist composition of the present invention exhibits excellent sensitivity, LWR, and resolution in both positive-tone and negative-tone development when forming line and space patterns using EUV exposure.
[6]EUVリソグラフィー評価(コンタクトホールパターン)
[実施例4-1~4-16、比較例4-1~4-3]
各レジスト組成物(R-01~R-16、CR-01~CR-03)を、信越化学工業(株)製ケイ素含有スピンオンハードマスクSHB-A940(ケイ素の含有量が43質量%)を膜厚20nmで形成したSi基板上にスピンコートし、ホットプレートを用いて、表6に記載の温度にて60秒間プリベーク(PAB)し、膜厚50nmのレジスト膜を作製した。次いで、ASML社製EUVスキャナーNXE3400(NA0.33、σ0.9/0.6、クアドルポール照明、ウエハー上寸法がピッチ64nm、+20%バイアスのホールパターンのマスク)を用いて前記レジスト膜を露光し、ホットプレート上にて表6に記載の温度で60秒間ベーク(PEB)を行い、表6に記載の現像液にて30秒間現像を行って、寸法32nmのホールパターンを得た。
[6] EUV lithography evaluation (contact hole pattern)
[Examples 4-1 to 4-16, Comparative Examples 4-1 to 4-3]
Each resist composition (R-01 to R-16, CR-01 to CR-03) was spin-coated onto a Si substrate with a 20 nm thick silicon-containing spin-on hard mask SHB-A940 (43% silicon by mass) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and pre-baked (PAB) for 60 seconds at the temperature listed in Table 6 using a hot plate to produce a 50 nm thick resist film. The resist film was then exposed to light using an ASML EUV scanner NXE3400 (NA 0.33, σ 0.9/0.6, quadruple pole illumination, wafer dimensions with a 64 nm pitch and a +20% bias hole pattern mask), baked (PEB) for 60 seconds on a hot plate at the temperature listed in Table 6, and developed for 30 seconds using the developer listed in Table 6 to obtain a 32 nm hole pattern.
得られたレジストパターンについて、以下の評価を行った。結果を表6に示す。
[感度評価]
前記コンタクトホールパターンを(株)日立ハイテク製測長SEM(CG-6300)を用いて観察し、寸法32nmのホールパターンが得られる最適な露光量Eop(mJ/cm2)を求めた。
The resulting resist patterns were evaluated as follows, and the results are shown in Table 6.
[Sensitivity evaluation]
The contact hole pattern was observed using a critical dimension SEM (CG-6300) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and the optimum exposure dose Eop (mJ/cm 2 ) for obtaining a hole pattern with a dimension of 32 nm was determined.
[CD均一性(CDU)評価]
最適露光量で照射して得たホールパターン50個の寸法を測定し、その結果から算出した標準偏差(σ)の3倍値(3σ)をCDUとした。この値が小さいほど、均一なホール径のパターンが得られる。
[CD Uniformity (CDU) Evaluation]
The dimensions of 50 hole patterns obtained by irradiation with the optimum exposure dose were measured, and the CDU was calculated as three times the standard deviation (σ). The smaller this value, the more uniform the hole diameter pattern.
[限界解像性評価]
前記ホールパターンが形成される最適露光量から露光量を少しずつ減少させてホールパターンを形成していく際に解像する限界のホール径(nm)を、(株)日立ハイテク製測長SEM(CG-6300)を用いて求め、これを限界解像度(nm)とした。この値が小さいほど、限界解像性に優れ、より微細なホール径のパターンが形成できることを示す。
[Limiting resolution evaluation]
The limiting hole diameter (nm) that can be resolved when forming a hole pattern by gradually decreasing the exposure dose from the optimum exposure dose at which the hole pattern is formed was determined using a critical dimension SEM (CG-6300) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and this was taken as the limiting resolution (nm). The smaller this value, the better the limiting resolution, indicating that a pattern with a finer hole diameter can be formed.
表6に示した結果より、本発明のレジスト組成物は、EUV露光によるコンタクトホールパターン形成において、感度、CDU及び解像性に優れることがわかった。 The results shown in Table 6 demonstrate that the resist composition of the present invention exhibits excellent sensitivity, CDU, and resolution when forming contact hole patterns using EUV exposure.
Claims (15)
R1は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビル基である。
R2は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。nが2以上のとき、各R2は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。また、複数のR2が、互いに結合してこれらが結合する芳香環の炭素原子と共に環を形成してもよい。
R3は、カルボニル基、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビレン基である。
*1及び*2は、式中の芳香環の炭素原子との結合手を表す。ただし、*1と*2は芳香環の隣接した炭素原子に結合している。) A resist composition comprising a hypervalent iodine compound represented by the following formula (1), a carboxy group-containing polymer, and a solvent:
R 1 is a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom.
R2 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a halogen atom or a heteroatom. When n is 2 or greater, each R2 may be the same as or different from another R2. Furthermore, multiple R2s may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms of the aromatic ring to which they are bonded.
R 3 is a carbonyl group or a hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom.
*1 and *2 represent bonds to carbon atoms of the aromatic ring in the formula. However, *1 and *2 are bonded to adjacent carbon atoms of the aromatic ring.)
XAは、単結合、フェニレン基、ナフチレン基又は*-C(=O)-O-XA1-である。XA1は、炭素数1~10の飽和ヒドロカルビレン基、フェニレン基又はナフチレン基であり、該飽和ヒドロカルビレン基は、ヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1つを含んでいてもよい。*は、主鎖の炭素原子との結合手を表す。) 2. The resist composition according to claim 1, wherein the carboxyl group-containing polymer contains a repeating unit represented by the following formula (2):
X A is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or *-C(═O)-O-X A1 -. X A1 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms, a phenylene group, or a naphthylene group, and the saturated hydrocarbylene group may contain at least one bond selected from a hydroxy group, an ether bond, an ester bond, and a lactone ring. * represents a bond to a carbon atom of the main chain.
R11及びR12は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビル基である。また、R11及びR12が、互いに結合してこれらが結合する炭素原子及び該炭素原子間の原子と共に環を形成してもよい。
R13は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。kが2、3、4又は5のとき、各R13は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。また、複数のR13が、互いに結合してこれらが結合する芳香環の炭素原子と共に環を形成してもよい。) 2. The resist composition according to claim 1, further comprising a hypervalent iodine compound represented by the following formula (3):
R 11 and R 12 are each independently a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom. R 11 and R 12 may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms to which they are bonded and the atoms between said carbon atoms.
R 13 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a halogen atom or a heteroatom. When k is 2, 3, 4, or 5, each R 13 may be the same as or different from another R 13. Furthermore, multiple R 13s may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms of the aromatic ring to which they are bonded.
R2は、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。nが2以上のとき、各R2は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。また、複数のR2が、互いに結合してこれらが結合する芳香環の炭素原子と共に環を形成してもよい。
R3は、カルボニル基、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10のヒドロカルビレン基である。
*1及び*2は、式中の芳香環の炭素原子との結合手を表す。ただし、*1と*2は芳香環の隣接した炭素原子に結合している。
RAは、水素原子、ハロゲン原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
XAは、単結合、フェニレン基、ナフチレン基又は*-C(=O)-O-XA1-である。XA1は、炭素数1~10の飽和ヒドロカルビレン基、フェニレン基又はナフチレン基であり、該飽和ヒドロカルビレン基は、ヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1つを含んでいてもよい。*は、主鎖の炭素原子との結合手を表す。) A laminate comprising a substrate and a resist film on the substrate, wherein the resist film contains a polymer containing a repeating unit represented by the following formula (4):
R2 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a halogen atom or a heteroatom. When n is 2 or greater, each R2 may be the same as or different from another R2. Furthermore, multiple R2s may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atoms of the aromatic ring to which they are bonded.
R 3 is a carbonyl group or a hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a heteroatom.
*1 and *2 represent bonds to carbon atoms of the aromatic ring in the formula, provided that *1 and *2 are bonded to adjacent carbon atoms of the aromatic ring.
R A is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group.
X A is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or *-C(═O)-O-X A1 -. X A1 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms, a phenylene group, or a naphthylene group, and the saturated hydrocarbylene group may contain at least one bond selected from a hydroxy group, an ether bond, an ester bond, and a lactone ring. * represents a bond to a carbon atom of the main chain.
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